2019届人教版高考化学一轮复习专题讲座：无机化工流程题复习策略与解题方法指导

专题讲座二专题讲座二 无机化工流程题复习策略与解题方法指导无机化工流程题复习策略与解题方法指导 一 解题策略 化工流程中常见的操作与名词 化工流程题目在流程上一般分为 3 个过程 原料处理分离提纯获得产品 1 原料处理阶段的常见考点与常见名词 加快反应速率 溶解 通常用酸溶 如用硫酸 盐酸 浓硫酸等 水浸 与水接触反应或溶解 浸出 固体加水 酸 溶解得到离子 浸出率 固体溶解后 离子在溶液中含量的多少 更多转化 酸浸 在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液 不溶物通过过滤除去的溶解过 程 灼烧 焙烧 煅烧 改变结构 使一些物质能溶解 并使一些杂质高温下氧化 分解 控制反应条件的方法 2 分离提纯阶段的常见考点 调 pH 值除杂 a 控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀 例如 已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的 pH 如下表所示 物质开始沉淀沉淀完全 Fe OH 32 73 7 Fe OH 27 69 6 Mn OH 28 39 8 若要除去 Mn2 溶液中含有的 Fe2 应该怎样做 提示 先用氧化剂把 Fe2 氧化为 Fe3 再调溶液的 pH 到 3 7 b 调节 pH 所需的物质一般应满足两点 能与 H 反应 使溶液 pH 值增大 不引入新杂质 例如 若要除去 Cu2 溶液中混有的 Fe3 可加入 CuO Cu OH 2 Cu2 OH 2CO3等物 质来调节溶液的 pH 值 试剂除杂 加热 加快反应速率或促进平衡向某个方向移动 如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物 则要注意对温度的控制 如 侯氏制碱中的 NaHCO3 还有如 H2O2 Ca HCO3 2 KMnO4 AgNO3 HNO3 浓 等物 质 降温 防止某物质在高温时会溶解 或分解 为使化学平衡向着题目要求的方向 移动 萃取 3 获得产品阶段的常见考点 洗涤 冰水 热水 洗去晶体表面的杂质离子 并减少晶体在洗涤过程中的溶解损 耗 蒸发 反应时的气体氛围抑制水解 如从溶液中析出 FeCl3 AlCl3 MgCl2等溶 质时 应在 HCl 的气流中加热 以防其水解 蒸发浓缩 冷却结晶 如除去 KNO3中的少量 NaCl 蒸发结晶 趁热过滤 如除去 NaCl 中的少量 KNO3 重结晶 4 其他常见考点 化学方程式 实验仪器 计算 信息 二 热点题型探究 热点 1 碱金属及其矿物的开发利用 例 1 2018 广东理综 32 难溶性杂卤石 K2SO4 MgSO4 2CaSO4 2H2O 属于 呆矿 在水中存在如下平衡 K2SO4 MgSO4 2CaSO4 2H2O s 2Ca2 2K Mg2 4SO 2H2O 2 4 为能充分利用钾资源 用饱和 Ca OH 2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾 工艺流程如下 1 滤渣主要成分有 和 以及未溶杂卤石 2 用化学平衡移动原理解释 Ca OH 2溶液能溶解杂卤石浸出 K 的原因 3 除杂 环节中 先加入 溶液 经搅拌等操作后 过滤 再加入 溶液调滤液 pH 至中性 4 不同温度下 K 的浸出浓度与溶浸时间的关系见右 图 由图可得 随着温度升高 5 有人以可溶性碳酸盐为溶浸剂 则溶浸过程中会发生 CaSO4 s CO CaCO3 s SO 2 32 4 已知 298 K 时 Ksp CaCO3 2 80 10 9 Ksp CaSO4 4 90 10 5 求此温度下该 反应的平衡常数 K 计算结果保留三位有效数字 答案 1 Mg OH 2 CaSO4 2 加入 Ca OH 2溶液 Mg2 与 OH 结合生成 Mg OH 2沉淀 Mg2 浓度减小 平衡正 向移动 K 增多 3 K2CO3 H2SO4 4 溶浸平衡向右移动 K 的溶浸速率增大 5 CaSO4 s CO CaCO3 s SO的平衡常数 K 据 2 32 4 c SO2 4 c CO2 3 Ksp CaSO4 Ksp CaCO3 可知 c SO c CO 2 4 Ksp CaSO4 c Ca2 2 3 则有 Ksp CaCO3 c Ca2 K 1 75 104 c SO2 4 c CO2 3 Ksp CaSO4 Ksp CaCO3 4 90 10 5 2 80 10 9 解析 解题时 要依据制备 K2SO4的工艺流程 结合物质的分离与提纯的原则进行 分析 1 杂卤石中加入 Ca OH 2溶液 Mg2 与 OH 结合生成 Mg OH 2沉淀 CaSO4微溶于 水 过滤后 滤渣中含有 Mg OH 2 CaSO4及未溶解的杂卤石 2 加入 Ca OH 2溶液 Mg2 与 OH 结合生成 Mg OH 2沉淀 使 c Mg2 减小 杂卤 石的溶解平衡正向移动 同时 c Ca2 与 c SO 均增大 从而析出 CaSO4沉淀 2 4 K 留在滤液中 3 滤液中含有 Ca2 OH 可先加入过量 K2CO3溶液 除去 Ca2 过滤后 再加 入稀 H2SO4调节溶液的 pH 至中性 4 由图可知 随着温度升高 溶浸平衡向右移动 K 的溶浸速率增大 5 CaSO4 s CO CaCO3 s SO的平衡常数 K CaCO3 s 2 32 4 c SO2 4 c CO2 3 CaSO4 s 分别存在溶解平衡 CaCO3 s Ca2 aq CO aq CaSO4 s 2 3 Ca2 aq SO aq 则有 Ksp CaCO3 c Ca2 c CO 2 42 3 2 80 10 9 Ksp CaSO4 c Ca2 c SO 4 90 10 5 那么 K 2 4 1 75 104 c SO2 4 c CO2 3 Ksp CaSO4 c Ca2 Ksp CaCO3 c Ca2 Ksp CaSO4 Ksp CaCO3 4 90 10 5 2 80 10 9 方法技巧 要求用理论回答的试题 应采用 四段论法 改变了什么条件 或是 什么条件 根据什么理论 有什么变化 得出什么结论 迁移应用 1 KNO3是重要的化工产品 下面是一种已获得专利的 KNO3制备方法的主 要步骤 1 反应 中 CaSO4与 NH4HCO3的物质的量之比为 1 2 该反应的化学方程式为 2 反应 需在干态 加热的条件下进行 加热的目的是 从反应 所得混合物中分离出 CaSO4的方法是趁热过滤 趁热过滤的目的是 3 检验反应 所得 K2SO4中是否混有 KCl 的方法是 取少量 K2SO4样品溶解于水 4 整个流程中 可循环利用的物质除 NH4 2SO4外 还有 填化学式 答案 1 CaSO4 2NH4HCO3 CaCO3 NH4 2SO4 H2O CO2 2 加快化学反应速率 分离 NH4Cl 与 K2SO4 防止 KNO3结晶 提高 KNO3的产率 3 加入 Ba NO3 2溶液至不再产生沉淀 静置 向上层清液中滴加 AgNO3溶液 若 有沉淀生成 说明 K2SO4中混有 KCl 4 CaSO4 KNO3 热点 2 镁 铝及其矿物的开发利用 例 2 铝是重要的金属材料 铝土矿 主要成分是 Al2O3和少量的 SiO2 Fe2O3杂质 是 工业上制取铝的原料 实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取 Al2 SO4 3和铵明矾 晶体 NH4Al SO4 2 12H2O 的工艺流程如图所示 请回答下列问题 1 固体 a 的化学式为 中通入足量 CO2气体发生反应的离子方程式为 2 由 制取铵明矾溶液的化学方程式为 从铵明矾溶液中获得铵明矾晶 体的实验操作依次为 填操作名称 冷却结晶 过滤洗涤 3 以 1 000 kg 含氧化铝 36 的铝土矿为原料制取 Al2 SO4 3 需消耗质量分数 98 的硫酸 密度 1 84 g cm 3 L 保留一位小数 4 若同时制取铵明矾和硫酸铝 通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量 若欲 使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为 1 1 则投料时铝土矿中的 Al2O3和 H2SO4的物质的量之比为 答案 1 SiO2 AlO CO2 2H2O HCO Al OH 3 2 3 2 Al2O3 4H2SO4 2NH3 2NH4Al SO4 2 3H2O 蒸发浓缩 3 575 4 4 3 10 解析 1 铝土矿中 Al2O3和 Fe2O3能溶于盐酸 SiO2不溶于盐酸 所以固体 a 的化 学式为 SiO2 Al2O3溶于烧碱生成 NaAlO2溶液 在其中通入 CO2生成 Al OH 3沉淀 2 Al OH 3分解生成 Al2O3 Al2O3与稀硫酸 氨气反应生成铵明矾溶液 3 m Al2O3 1 000 kg 36 360 kg m H2SO4 kg 1 037 6 98 3 360 102 kg 需消耗质量分数 98 的硫酸 密度 1 84 g cm 3 为 575 4 103 mL 575 4 L 1 037 6 103 g 1 84 g mL 1 98 4 设制得的 Al2 SO4 3和 NH4Al SO4 2 12H2O 的物质的量都是 1 mol 则 Al3 共 3 mol SO共 5 mol 根据铝元素和 SO守恒原理可得 加入 Al2O3和 H2SO4的 2 42 4 物质的量之比为 5 3 10 3 2 方法技巧 首尾分析法 对一些线型流程工艺 从原料到产品为一条龙生产工序 试 题 首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质 原材料 与最后一种物质 产品 从对比分析中找出原料与产品之间的关系 弄清生产流程过程中原料转化为产品的 基本原理和除杂 分离提纯产品的化工工艺 然后再结合题设的问题 逐一推敲解 答 关键在于认真对比分析原料与产品的组成 从中找出将原料转化为产品和除去 原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施 当把生产的主线弄清 楚了 围绕生产主线所设计的系列问题也就可以解答了 迁移应用 2 镁及其合金是一种用途很广的金属材料 目前世界上 60 的镁是从海水中 提取的 某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤 主要含 Na Mg2 Cl Br 等 中模拟工业生产来提取镁 主要过程如下 回答下列问题 1 工业上从盐卤中获取 Mg OH 2用石灰乳而不用 NaOH 溶液的原因是 2 从过程 得到的 Mg OH 2沉淀中混有少量的 Ca OH 2 除去少量 Ca OH 2的方法 是先将沉淀加入到盛有 溶液的烧杯中 充分搅拌后经 填操作方法 可得纯净的 Mg OH 2 3 下图是该兴趣小组设计进行过程 的实验装置图 其中装置 A 的作用是 4 写出过程 中发生反应的化学方程式 答案 1 石灰乳原料丰富 成本低 2 MgCl2 过滤 洗涤 3 制备干燥的 HCl 气体 4 MgCl2 熔融 Mg Cl2 电解 热点 3 铁 铜及其矿物的开发利用 例 3 近年来 硫化铜矿的湿法冶炼技术已经取得了很大的进展 现有一种催化氧化 酸浸硫化铜矿的冶炼法 其工艺流程如图 1 所示 反应温度 固液比 反应时间 氯离子浓度都对铜的浸出率有较大的影响 下面是 实验得出的这几种因素对铜的浸出率影响的变化曲线图 如图 2 图 5 所示 回答下列问题 1 火法炼铜的主要反应 2CuFeS2 4O2Cu2S 3SO2 2FeO 炉渣 800 2Cu2S 3O22Cu2O 2SO2 2Cu2O Cu2S6Cu S 1 200 1 200 O2 则由 1 mol CuFeS2生成 1 mol Cu 共消耗 mol O2 在反应 中氧 化剂为 当有 0 3 mol 电子发生转移时 生成 SO2的体积为 标 准状况 2 写出反应 1 的化学方程式 湿法炼铜与火法炼铜相比 优 点是 3 从溶液中得到 FeSO4 7H2O 晶体的操作是 实验时常用乙醇洗涤晶体 优点是 4 根据实验以及工业生产的实验要求 从下表中得出的最佳工艺条件为 填序号 选项反应温度 固液比c Cl mol L 1反应时间 h A1001 5 50 77 B951 50 86 C1101 60 98 答案 1 2 5 Cu2O Cu2S 1 12 L 2 2CuS O2 2H2SO42CuSO4 2H2O 2S 污染小 同时得到副产 催化剂 物硫酸亚铁晶体及硫黄 资源得到充分利用 3 蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 洗去晶体表面的水和杂质离子 同时减少晶体的 损失 4 B 解析 1 将题给的三个方程式合并得 2CuFeS2 5O22Cu 4SO2 2FeO 当 CuFeS2为 1 mol 时 消耗的 O2 高温 为 2 5 mol 反应 中 根据化合价变化可知 Cu2O 和 Cu2S 中 Cu 的化合价都降低 故它们都是氧化剂 生成 1 mol SO2转移 6 mol 电子 当有 0 3 mol 电子转移时 生成 SO2 0 05 mol 体积为 1 12 L 标准状况 2 火法炼铜中产生有毒的 SO2 而湿法炼铜中不产生有毒气体 故其优点是污染小 环保 同时湿法炼铜中还得到 副产品硫酸亚铁晶体及硫黄 充分利用了资源 3 FeSO4 7H2O 晶体受热易失去结 晶水 故从溶液中得到 FeSO4 7H2O 晶体的操作应是蒸发浓缩 冷却结晶 过滤 又因该晶体易溶于水 故不能用水洗涤 需用乙醇洗涤 不仅可以洗去晶体表面的 水和杂质离子 还可以减少晶体的损失 4 从图 2 可以看出 铜的浸出率随反应 温度的升高而增大 在温度达到 95 后 铜的浸出率随温度的变化不明显 但是 温度过高 能耗增加 由此可知适宜的反应温度为 95 从图 3 可以看出 固液 比大于 1 5 时 铜的浸出率随固液比的增大而有所下降 固液比小于 1 5 时 铜 的浸出率随固液比的减小而有所下降 因此适宜的固液比为 1 5 从图 4 可以看 出 铜的浸出率随反应时间的增加而增大 但在反应时间超过 6 h 后 随着反应时 间的延长铜的浸出率增大得很缓慢 同时反应时间过长 既增加能耗 又降低设备 利用率 故适宜的反应时间为 6 h 由图 5 可以看出 加入氯离子能改善铜的浸出 效果 但是氯离子浓度超过 0 8 mol L 1时 铜的浸出率随氯离子浓度的增大反 而降低 故适宜的氯离子浓度应维持在 0 8 mol L 1 迁移应用 3 实验室利用硫酸厂烧渣 主要成分为铁的氧化物及少量 FeS SiO2等 制备 聚铁 碱式硫酸铁的聚合物 和绿矾 FeSO4 7H2O 主要工艺流程如下 1 将过程 产生的气体通入下列溶液中 溶液会褪色的是 A 品红溶液 B 紫色石蕊试液 C 酸性 KMnO4溶液 D 溴水 2 过程 中 FeS O2和 H2SO4反应的化学方程式为 3 过程 中需加入的物质是 4 过程 中 蒸发结晶时需使用的仪器除酒精灯 三脚架外 还需要 5 过程 调节 pH 可选用下列试剂中的 填序号 A 稀硫酸 B CaCO3 C NaOH 溶液 6 过程 中 将溶液 Z 加热到 70 80 目的是 7 实验室为测量所得到的聚铁样品中铁元素的质量分数 进行下列实验 用分 析天平称取 2 700 0 g 样品 将样品溶于足量的盐酸后 加入过量的 BaCl2溶液 过滤 洗涤 干燥 称重得固体质量为 3 495 0 g 若该聚铁的主要成分为 Fe OH SO4 n 则该聚铁样品中铁元素的质量分数为 假设杂质中不 含铁元素和硫元素 答案 1 ACD 2 4FeS 3O2 6H2SO4 2Fe2 SO4 3 6H2O 4S 3 铁粉 4 蒸发皿 玻璃棒 5 C 6 促进 Fe3 的水解 7 31 1 解析 SO2具有漂白性 能使品红褪色 SO2有还原性 能被酸性 KMnO4溶液 溴水 氧化 而使它们褪色 溶液 X 为 Fe2 SO4 3 需加入还原剂将 Fe3 还原为 Fe2 又 不带入杂质离子 故需加入铁粉 过程 中需将酸消耗而调高 pH 而 CaCO3跟硫酸 反应会生成微溶于水的 CaSO4而阻止反应的继续进行 由聚铁的化学式可知 n Fe3 n SO n BaSO4 0 015 mol 所以聚铁样品中铁 2 4 3 495 0 g 233 g mol 1 元素的质量分数 100 31 1 0 015 mol 56 g mol 1 2 700 0 g 热点 4 锰 钼 钛等金属化合物的综合应用 例 4 钼是一种过渡金属元素 通常用作合金及不锈钢的添加剂 这种元素可增强合 金的强度 硬度 可焊性及韧性 还可增强其耐高温及耐腐蚀性能 如图是化工生 产中制备金